软土狭长深基坑抗隆起破坏模式试验研究

针对软土地区基坑底土层为饱和软黏土的情况,设计了狭长深基坑的抗隆起离心模型试验,分析不同开挖深度和水位条件下的基坑围护墙弯矩、土压力分布、水平位移以及基坑隆起稳定破坏机制。基于离心模型试验的基本参数和工况,建立了有限元数值模型,分析试验工况基坑的抗隆起稳定性与破坏状态,并进行对比验证。试验结果表明：随着开挖深度和坑外水位的增加,坑底软土层产生向上的隆起变形,当隆起变形较大时,围护墙由于坑内土体侧向约束的减弱,底部产生较大的向坑内的水平位移,同时导致支撑轴力增大,基坑最终表现出围护墙绕某道支撑点向坑内的转动踢脚破坏。数值计算结果表明：随着坑外水位的升高,基坑抗隆起稳定性安全系数逐渐减小,当发生抗隆起稳定破坏时,基坑底产生较大的隆起位移,破坏机制与离心模型试验结果相同。     

非均质软土基坑抗隆起稳定性的极限分析方法

考虑到实际工程中土体非均质以及软土地区基坑开挖过程中土体稳定性的特点,将极限分析上限方法应用于非均质软土基坑抗隆起稳定分析计算中,讨论了极限分析方法的适用性问题。选用Prandtl机构建立了非均质软土地区基坑抗隆起稳定分析的运动许可速度场,根据速度场推导了极限分析上限方法的计算公式。讨论了该方法中土体强度、基坑宽度、支护墙体入土深度、基岩埋置深度等因素对坑底抗隆起稳定的影响。通过几个工程的计算与对比,验证了该方法的适用性和优越性。     

基于连续速度场的基坑抗隆起稳定性上限分析

传统的基坑抗隆起稳定分析上限法的变形机构在用于饱和黏土基坑时,往往不符合基坑的真实变形。根据软土地区基坑开挖引起的地表沉降曲线,构造了饱和黏土基坑抗隆起稳定性上限分析的变形机构和运动许可速度场,变形机构内部的土体作为连续变形体,且在边界处没有明显的破坏面。提出了一种新的基于上限法的基坑抗隆起稳定性分析方法,该方法采用的变形机构更符合实际的基坑变形,而且可以考虑支护结构入土深度对基坑隆起变形的影响。结合算例与工程实例,并与基于Terzaghi机构和Prandtl机构的上限法、多块体上限法进行对比,验证了本方法的合理性与适用性。     

非均质与各向异性黏土基坑抗隆起稳定分析

经典的Prandtl 机构不能很好地反映支护结构入土深度的影响,也不能反映土体强度非均质和各向异性的影响。根据塑性极限分析上限定理,基于修正的Prandtl机构,推导了既可以合理反映支护结构入土深度影响,又可以反映土体强度非均质和各向异性特性的基坑抗隆起稳定的上限解公式,同时基于商业化程序的二次开发,建立了可以考虑土体强度非均质和各向异性影响的强度折减弹塑性有限元方法。通过提出的修正Prandtl机构上限解与强度折减有限元方法以及多块体上限解的对比,验证了修正机构上限解以及强度折减有限元法的合理性和可行性,最后讨论了非均质系数、各向异性系数、支护机构入土深度等因素对基坑抗隆起稳定性的影响,并通过了实例的验证,相关结论可供工程参考。     

内撑式支护的软土基坑开挖抗隆起稳定性分析

采用强度折减法有限元方法（SSRFEM）,分析了不排水条件下软土地基中内撑式排桩支护基坑开挖的抗隆起稳定性,并研究了软土不排水抗剪强度、支护结构条件、基坑尺寸对基底抗隆起的影响。研究表明,以往通常采用的极限平衡公式,对基坑开挖基底抗隆起稳定分析不能完全考虑支护结构的影响,也不能考虑基坑侧壁位移的影响,在一些条件下误差较大,而SSRFEM分析方法是求解基坑极限状态实际而自然的破坏形式,可很好地分析基底隆起稳定性。     

基于Terzaghi假定的基坑抗隆起稳定性计算方法研究

本文根据Terzaghi地基承载力理论,针对基坑隆起破坏时土体向基坑一侧滑移失稳的实际情况和地下水渗流对基坑稳定性影响,对Terzaghi法确定基坑抗隆起安全系数做了相应的改进,推导出新的计算抗隆起稳定安全系数方法。对影响基坑抗隆起稳定问题的因素进行了参数分析,并通过工程实例计算分析,证明新的计算方法提高了基坑抗隆起稳定设计的可靠性。     

软土地区基坑墙底抗隆起稳定性Prandtl计算式的改进

软土地区,应用Prandtl地基承载力计算式验算墙底抗隆起稳定性安全系数存在两个问题：一是不能反映随着围护体插入深度的增加,墙底抗隆起稳定性安全系数也随之增大;二是不能体现基坑宽度对墙底抗隆起稳定性安全系数的影响。本文在分析基坑开挖卸荷与应用Prandtl公式计算地基承载力的力学边界条件差异的基础上,认为现有的Prandtl计算式不足以反映基坑隆起破坏滑动模式;依据极限平衡计算原理,提出考虑围护体墙底以上基坑内外两侧土体抗剪作用的改进计算模式。按基坑宽深比为3的标准划分宽、窄基坑,并分别给出宽窄基坑抗隆起稳定性安全系数计算式。通过工程实例计算表明：本文提出的改进公式与成功实施的工程实例安全状况相符,能解释在软土地区随着围护体插入比的增大,基坑抗隆起稳定性得到提高的规律;按照宽窄基坑划分,可以合理计算窄基坑的抗隆起稳定性安全系数。本文研究结果可有助于软土地区基坑抗隆起稳定性计算评价和基坑围护结构的优化设计,也有待于进一步理论研究的补充完善和工程实践的验证。     

深厚软土地区基坑墙底抗隆起稳定性Prandlt计算式的讨论

深厚软土地区采用Prandlt公式计算基坑抗隆起稳定性常常不满足规范要求,给基坑支护设计带来较大困惑。本文在分析基坑开挖与Prandlt公式计算地基极限承载力的力学边界条件差异的基础上,指出采用Prandlt计算式、临界宽度法和计入基坑内侧土体抗剪强度等改进计算方法的不足,提出同时考虑基坑支护体内外两侧土体抗剪作用的改进计算公式。通过对4个计算公式各参数的敏感度分析,发现内摩擦角是影响基坑墙底抗隆起稳定性的首要因素,基坑挖深和支护体插入深度是主要影响因素,土体黏聚力是次要影响因素,土体重度的影响可以忽略。软土内摩擦角较小,在基坑挖深一定的条件下,只有通过加大支护体插入深度才能保证基坑墙底抗隆起稳定性,因此,考虑基坑支护体内外两侧土体抗剪强度的有利作用可合理优化基坑支护设计。本文通过工程实例研究,验证了计入基坑支护体内外两侧土体抗剪强度作用的合理性;同时,根据浙江软土地区多项工程墙底抗隆起稳定安全系数计算结果的统计分析,指出目前规范取值标准偏高,在软土地区不尽合理,建议在积累工程经验的基础上,适当降低规范计算方法的标准限值。     

基于空心圆柱仪试验的各向异性软黏土基坑抗隆起稳定分析

已有研究表明,天然黏土的强度表现出明显的各向异性,但其规律未能经过严格的试验验证。基于空心圆柱仪（HCA）的杭州原状软黏土试验结果,对 法进行修正,提出大主应力方向为任意方向剪切时土体的强度公式。假定基坑开挖引起的土体滑动破坏模式为Prandtl模式,利用上述强度公式,得到基坑抗隆起稳定的塑性上限解。结合算例,讨论了土体强度各向异性比、挡墙入土深度比、墙底下卧硬土层深度、挡墙粗糙度等因素对基坑坑底抗隆起稳定的影响。采用该方法分析杭州某失稳基坑实例,通过与已有方法的结果对比,验证了所提方法的合理性。研究表明,不考虑土体强度各向异性和基于 各向异性公式的抗隆起分析都将高估杭州软黏土基坑的抗隆起稳定性。     

对基坑抗隆起稳定安全系数的改进

基坑的平面形状、尺寸以及围护结构的入土深度都会影响基坑的抗隆起稳定性,但现行规范推荐的抗隆起稳定安全系数算法均不能反映这些因素的综合影响。为解决这一问题,区分不同情况,对基坑底隆起破坏可能的模式做了必要的分类,分别给出了不同破坏模式情况下抗隆起稳定安全系数的计算方法。基于此方法,基坑围护结构的强度、刚度和入土深度都会影响基坑的抗隆起稳定性。计算分析表明,无论是对于排水情况还是不排水情况,狭窄基坑都具有更好的稳定性,而围护结构的入土深度可提高基坑的稳定性。改造后的基坑安全系数使传统算法可以考虑更多因素,为狭窄基坑缩小围护结构入土深度提供了一个理论手段。     

Experimental studies of groundwater pipe flow network characteristics in gravelly soil slopes

Piping flow networks have often been identified in hydrogeological field studies of gravelly soil slopes in the southern part of China. The present experimental studies have shown that under long-term groundwater seepage, piping flow networks gradually develop in the slope. Factors affecting the development of flow pipe seepage network included the grain size distribution, the degree of soil compaction, and soil depth. Piping seepage networks favorably form if the content of the gravel was high, the soil cohesion was low, the degree of the soil compaction was low, or the soil depth was shallow. Due to the enhanced permeability associated with the presence of flow pipe seepage network in gravelly soil slopes, groundwater can be effectively drained away. This can beneficially prevent the rise of groundwater level in the slope during raining seasons, hence reducing pore water pressure along the potential failure surface and increasing slope stability. Once the flow pipe seepage network was disturbed or damaged, the water level in the upper portion of the slope experienced a great rise, hence reducing the slope stability. Therefore, slope toe excavation and excessive loading at the slope crest should be avoided for slopes with well-developed flow pipe seepage network in order to preserve it.     

水-力耦合作用下三趾马红土围岩变形特征研究

以地下水位线以下的石楼隧道典型三趾马红土围岩段为例,通过现场监测对三趾马红土围岩的体积含水量、孔隙水压力、围岩应力（土压力）、拱顶沉降与水平收敛进行了分析。在此基础上,通过原位大剪试验获得了可靠的围岩抗剪强度参数,并建立了隧道三维有限元数值模型,分别对考虑水-力耦合效应、不考虑水-力耦合效应的三趾马红土围岩变形规律进行了探讨,分析了孔隙水压力随着隧道开挖的变化和三趾马红土围岩位移场、应力场受水-力耦合效应的影响程度,并提出了围岩破坏变形机制。结果表明:（1）实测拱顶下沉大于围岩水平变形,围岩应力可分为增长期（ < 20d）、调整期（20~60d）、稳定期（>60d）3个阶段,且整体应力水平较高,下台阶含水量大于上台阶,孔隙水压力经历了由负变正的过程。（2）现场剪切试验所测围岩的黏聚力为64.0kPa,内摩擦角为27.7°。（3）数值分析表明,隧道开挖后孔隙水压力场变化十分明显,这是由地下水流速场的改变引起的,水力坡降在衬砌面附近最为明显,渗透动水压力导致土体产生一定的渗透变形;考虑水-力耦合后围岩剪应力、最大剪应变、拱顶沉降、水平收敛、底板隆起均较大。（4）受开挖及支护的影响,地下水产生渗流并依次经过拱顶、边墙,最终汇集于隧底;受开挖、地下水渗流的影响,围岩节理裂隙进一步扩张,成为地下水良好的运移通道;围岩的有效应力随着孔隙水压力的减小而增大,围岩的力学强度在土体趋于饱和状态时骤降,反过来,高有效应力、低围岩强度以及贯通性节理裂隙三者共同改变着地下水渗流场的状态。（5）为保障围岩整体稳定性,建议及时排出隧道底部积水并施做仰拱。     

桂三高速公路高架桥右侧边坡稳定性时空演变规律分析

以桂三高速公路高架桥右侧边坡工程为依托,研究开挖过程中碎石土高边坡的稳定性时空演变规律,对该边坡岩土体表面位移、深部位移、桩基承台变形及地下水位的变化进行长期监测,并利用FLAC3D软件对该边坡进行稳定性数值对比分析。结果表明：降雨引起地下水位抬升,导致边坡坡脚处体积含水率逐渐升高,孔隙水压逐渐上升,基质吸力逐渐减小,稳定性逐渐降低;在监测期内,边坡地表累计沉降位移前期变化较大,中期呈现起伏状态,最终趋于稳定数值;抗滑桩累积沉降位移变形为先增大后减小,最终逐渐稳定;水位孔高程随时间变化呈先递减后增加的状态,最终趋于平缓;同时,测斜孔监测结果反映边坡深部12m处曾产生一定变形,但变形量较小,这与数值分析结果基本相符,说明采用抗滑桩加固碎石土高边坡效果良好。     

考虑孔隙水压力及非线性Mohr-Coulomb破坏准则下浅埋土质隧道三维塌落机制的上限分析

浅埋土质隧道的稳定性研究一直是隧道工程的关键问题,而孔隙水压力的存在影响着浅埋土质隧道的安全。构建了隧道顶部为圆弧形的浅埋土质隧道的三维塌落机制,基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则和极限分析上限法,并考虑孔隙水压力的作用,推导出浅埋土质隧道的塌落范围及支护力的最优上限解计算公式。通过与既有研究进行对比,验证了所提方法的合理性。分析了不同参数对塌落范围、塌落土体的重力及支护力的影响,结果表明：孔隙水压力对浅埋土质隧道的塌落范围、塌落土体的重力及支护力有着显著的影响;孔隙水压力对塌落范围、塌落土体重力的影响比较复杂,而支护力都随着孔隙水压力系数的增大而增大;不同参数对浅埋土质隧道的塌落范围、塌落土体的重力及支护力的影响规律不同。新方法可为浅埋土质隧道的设计优化提供理论支撑。     

苏州城市规划区Ⅱ承压水开采与地面沉降预防控制研究

在孔隙承压水开采与地面沉降的关系上存在2种观点。水、土应力平衡理论认为：只要开采承压水，就会引发应力失衡并导致地面沉降；而水、土动态平衡理论则认为：除非开采水压力至水、土应力平衡面以下，否则不会引发地面沉降。苏州城市规划区第Ⅱ承压水开采水位与地面沉降动态观测表明，在-33m处存在一个天然动态水、土应力平衡面。第Ⅱ承压含水层形成后，经上覆堆积物自重压力长期压缩作用，其水压力具较高的压强．这种天然状态下产生的弹性释放储存量可开采利用多少，取决于开采状态下水、土应力平衡时可消耗压力水柱高度中的水头值。因而地面沉降的根本原因是开采水位超过了-33m，突破了天然状态水、土应力平衡面水位。Ⅱ承压含水层在天然状态受上覆堆积物重力产生的高压强弹性释放储存量现象，可以帮助我们确立该地区孔隙Ⅱ承压水开采不产生地面沉降的临界水位(水、土应力平衡面)。这一点对承压水开采条件、可开采资源性质具有重大实际意义。同样可以应用于饱受地面沉降困扰的无锡、常州及周边地区，为地下水开发利用政策由单一的封井停采转为目标水位控制开采提供了科学依据。同时也为此政策在承压水动力学机制上找到了内在原因。     

Modelling of earth and water pressure development during diaphragm wall construction in soft clay

The influence of a diaphragm wall construction on the stress field in a soft clayey soil is investigated by the use of a three‐dimensional FE‐model of seven adjacent wall panels. The installation procedure comprises the excavation and the subsequent pouring of each panel taking into account the increasing stiffness of the placed fresh concrete. The soft clay deposit is described by a visco‐hypoplastic constitutive model considering the rheological properties and the small‐strain stiffness of the soil. The construction process considerably affects the effective earth and pore water pressures adjacent to the wall. Due to concreting, a high excess pore water pressure arises, which dissipates during the following construction steps. The earth pressure finally shows an oscillating, distinct three‐dimensional distribution along the retaining wall which depends on the installation sequence of the panels and the difference between the fresh concrete pressure and the total horizontal earth pressure at rest. In comparison to FE‐calculations adopting the earth pressure at rest as initial condition, greater wall deflections and surface ground settlements during the subsequent pit excavation can be expected, as the average stress level especially in the upper half of the wall is increased by the construction procedure of the retaining structure. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

顶管施工对土体影响的现场试验研究

通过对顶管工程的现场试验,得到了顶管施工对土压力,孔隙水压力,水位以及深层土体位移和地表位移的影响,从中得出了顶管施工对土体扰动的大小及其扰动范围的规律,并从理论上分析了原因,为顶管工程的应用提供了参考。     

基于接力排水的强夯法在滨海回填区地基处理中的试验研究

本文对山东半岛海岸带滨海杂填土、饱和粉细砂、淤泥质土等特殊复杂地层地基处理方法进行了研究。以经济高效的强夯法为基础,提出复杂地层整体排水概念,设计了浅层、深层竖向排水和水平排水的接力排水系统,并进行了现场试验研究。监测数据表明,强夯荷载作用下,接力排水系统整体协同排水,可快速排出各个地层中地下水、消散超孔隙水压力。7 h左右可基本消除强夯引起的地下水上升及孔隙水压力消散。持续降水,地表沉降为上部土体厚度的0.7%～2.0%。强夯动力荷载作用下,表层土体压缩为上部土体厚度的8.7%～10.9%。埋深3～7 m土体沉降约为土体厚度的5‰、3‰,埋深7～10 m土体沉降为土体厚度的2‰。检测数据表明,在强夯有效影响深度内地基处理效果明显,土体工程性状改善明显。表层承载力及变形模量满足设计要求,4 m以下淤泥承载力平均值略低于设计要求,下部淤泥质土计算平均固结度为77%。夯后1个月监测数据表明,地表沉降量在25 mm以内,已逐步趋于稳定,分层沉降、孔隙水压力数值整体稳定略有下降。     

降雨入渗对残积土填坡渗流变形数值模拟分析

许多研究已经证实了降雨引起的渗流能降低填土稳定性,特别是对于非饱和残积填土。降雨能使残积填土内形成渗流潜蚀破坏,并使地下水位和孔隙水压力发生变化,导致抗剪强度下降形成潜在破坏面,最终发生破坏。利用有限元数值分析,研究等降雨强度与降雨持续时间对于福建地区残积填土的影响,发现降雨强度变大或持续时间延长都能使残积填土内的地下水位上升,局部区域孔隙水压力增大,渗流速率也发生变化,从而影响残积填土的稳定性。另外,证实了存在降雨临界持续时间,一旦降雨持续时间超过了临界持续时间,地下水位线高度随降雨持续时间变长而降低,安全系数就转而变大。